(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続されたインバータの直流回路に、チョッパ、蓄電デバイスを有する電力蓄積装置を接続し、インバータに接続されて負荷電力をアシストするものにおいて、
前記インバータと負荷間の電圧、電流を検出して座標変換し、変換された電圧と電流を基に電力を算出する電力演算部と、この算出された電力を補正する補正演算部で瞬時出力電力演算部を構成すると共に、上限電圧及び下限電圧の各設定値と前記インバータの検出された直流回路電圧との偏差信号を各別に入力して充電指令値と放電指令値を演算する電圧制御部と、各電圧制御部からの信号を各別に入力するリミッタ部と、各リミッタ部からの信号を各別に入力して前記チョッパのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御部でチョッパの制御回路を構成し、前記瞬時出力電力演算部にて算出された電力信号を、チョッパ制御回路の各リミッタ部に入力してリミッタ値を可変するよう構成したことを特徴とした電力アシスト装置。
【請求項２】
前記瞬時出力電力演算部の補正演算部は、インバータの入出力電力特性を補正することを特徴とした請求項１記載の電力アシスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力アシスト装置に係り、特に電力系統における電圧、電流の検出装置を不要にした電力アシスト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力アシスト装置は、交流の電力系統と負荷との間に接続されて負荷電力のアシストとして使用されている。この電力アシスト装置は、昇降圧チョッパと電気二重層コンデンサなどの蓄電デバイスを組み合わせた電力貯蔵装置と、この貯蔵装置をインバータの直流回路に接続して構成される。ここでいう電力アシストとは、電力のピークカット、負荷平準、電力貯蔵、及び瞬時電圧低下の補償を含むものをいう。このような電力アシスト装置としては、特許文献１や特許文献２等が公知となっている。
【０００３】
図４は電力アシスト装置の概略構成図を示したものである。１はインバータで、交流を直流に変換する順変換部２と、双方向変換機能を有する双方向変換部３を備え、商用電源４と負荷５との間に設置される。６は昇降圧のチョッパ、７は蓄電デバイスで、これら６，７で電力蓄積装置を構成してインバータ１の直流回路に接続される。
この電力アシスト装置は、例えば、負荷５が回生状態になるとインバータ１の直流電圧が上昇し、その電圧が予め設定された充電電圧以上となったときに、チョッパ６を介して蓄電デバイス７が充電され、商用電源４の電圧が低下したとき、蓄電デバイス７に蓄積されたエネルギーをチョッパ６、双方向変換部３を介して負荷５に電力を供給する。
【特許文献１】特開２００３−２４４８４０号
【特許文献２】特開平１１−２７８７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２を含む従来において、例えば、瞬時電圧低下補償の場合等には、充電制御と放電制御を実行するための監視電圧は、インバータの順変換部の交流側に計器用変圧器、変流器などを設置し、得られた検出電圧、電流を監視部にて監視し、その電圧に基づいて行っている。したがって、商用電力を監視するための装置が必要となって、電力アシスト装置の大型化、コストアップとなっている。
【０００５】
本発明が目的とするとこは、充放電制御のための商用電力監視装置を不要とした電力アシスト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、交流電源に接続されたインバータの直流回路に、チョッパ、蓄電デバイスを有する電力蓄積装置を接続し、インバータに接続されて負荷電力をアシストするものにおいて、
前記インバータと負荷間の電圧、電流を検出して座標変換し、変換された電圧と電流を基に電力を算出する電力演算部と、この算出された電力を補正する補正演算部で瞬時出力電力演算部を構成すると共に、上限電圧及び下限電圧の各設定値と前記インバータの検出された直流回路電圧との偏差信号を各別に入力して充電指令値と放電指令値を演算する電圧制御部と、各電圧制御部からの信号を各別に入力するリミッタ部と、各リミッタ部からの信号を各別に入力して前記チョッパのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御部でチョッパ制御回路を構成し、前記瞬時出力電力演算部にて算出された電力信号をチョッパ制御回路の各リミッタ部に出力してリミッタ値を可変するよう構成したことを特徴としたものである。
【０００７】
また、本発明は、瞬時出力電力演算部の補正演算部は、インバータの入出力電力特性を補正することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のとおり、本発明によれば、電力アシスト装置において、インバータの交流電源側での電力検出装置がなくとも、推定された瞬時出力電力に基づいた電力アシスト制御が可能となり、装置の小型化が実現できる。また、並列運転の際には、負荷分担の調整が容易に可能となるものである。更に、電力アシスト装置としての効率特性を把握し、その最適な効率ポイントをリミッタの閾値とすることにより、充放電効率が最大限に利用可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施例を示す構成図で、図４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。１０は瞬時出力電力演算部で、この瞬時出力電力演算部１０は、インバータ１の出力側より検出された電圧と電流を入力してそれぞれＶｑ，Ｉｑに変換する座標変換部１１，１２と、座標変換されたｑ軸の電圧、電流を基に電力演算する電力演算部１３、及び補正演算部１４の機能を備えている。この瞬時出力電力演算部１０は、インバータの制御装置に内蔵される機能が利用される。
【００１０】
２０はチョッパの制御回路で、充電制御部と放電制御部より構成されている。２１ａ，２１ｂは減算部、２２ａ，２２ｂは電圧制御部、２３ａ，２３ｂはリミッタ部、２４ａ，２４ｂはＰＷＭ制御部で、添え字ａが充電制御部であり、ｂが放電制御部である。減算部２１ａには、予め設定された上限電圧設定値ＶDCH*とインバータ１の直流回路の検出電圧ＶDCが入力されて両者の差信号が演算され、その差信号は電圧制御部２２ａに入力されて差信号に応じた充電指令値を算出してリミッタ部２３ａに出力する。リミッタ部２３ａは、瞬時出力電力演算部１０からの電圧Ｐoutによりリミッタ値が可変され、このリミッタ値により制限された充電指令値に応じてＰＷＭ制御部２４ａはＰＷＭ信号を生成し、チョッパ６の充電用スイッチング素子に対してＰＷＭ制御を実行する。これにより、負荷回生状態により上昇したインバータ１の直流回路電圧は、チョッパ６、リアクトル８を介して蓄電デバイス（ここでは、電気二重層コンデンサ）７に充電される。
【００１１】
一方、放電制御部側の減算部２１ｂには、予め設定された下限電圧設定値ＶDCL*とインバータ１の直流回路の検出電圧ＶDCが入力されて両者の差信号が演算され、その差信号は電圧制御部２２ｂに入力されて差信号に応じた放電指令値を算出してリミッタ部２３ｂに出力する。リミッタ部２３ｂは、瞬時出力電力演算部１０からの電圧Ｐoutによりリミッタ値が可変され、このリミッタ値により制限された放電指令値に応じてＰＷＭ制御部２４ｂはＰＷＭ信号を生成し、チョッパ６の放電用スイッチング素子に対してＰＷＭ制御を実行する。これにより、蓄電デバイス７に蓄積されたエネルギーは、リアクトル８、チョッパ６を介してインバータ１の直流回路に供給される。
【００１２】
上記のように構成された本発明は、負荷５が力行状態で、力行負荷が予め決められた閾値以上の負荷電力（負荷電流）となったときに、充電制御を開放し、放電電流指令にてピークカットのための放電制御を実行する。負荷が低下して負過電流が減少するに従って、電力Ｐｏｕｔによりリミッタ部２５ｂのリミッタを絞り、設定された放電停止電圧となったときに放電制御は停止する。
また、負荷５が回生状態となったときも、同様にして予め決められた閾値以上の負荷電力（負荷電流）となったときに充電制御を実行する。
【００１３】
次に、インバータ制御回路に設置される瞬時出力電力演算部１０における電力Ｐｏｕｔの推定法について説明する。
図２はインバータの出力電圧と電流のベクトル図を示したものである。Ｖ０ref［Ｖ］はインバータの出力電圧指令（相電圧：Ｅ０ref）、Ｉ０det［Ａ］は検出電流(出力電流指令)で、電力演算部１３はこれらの信号を用いて、ソフトウエアで次式により瞬時出力電力Ｐｏｕｔの推定演算を実行する。
Ｐｏｕｔ［ｋＷ］＝√３｜Ｖ０ref｜×｜Ｉ０det｜ｃｏｓθ
また、インバータの効率特性は、事前の評価試験により次式のような補正を行えば効率が算出できる。
η=Ｐｏｕｔ／Pin[%]
図３はインバータの入出力電力特性を示したもので、縦軸は入力電力Pin、横軸に出力電力Ｐｏｕｔをとったものである。補正演算部１４は、ア〜ウのようにソフトウエアで予め計算し補間することで、インバータの任意の運転条件下におけるインバータへの入力電力の推定が可能となる。
ア、Pin =a1×Ｐｏｕｔ＋b1(領域A)
イ、Pin =a２×Ｐｏｕｔ＋b２(領域B)
ウ、Pin =a３×Ｐｏｕｔ＋b３(領域C)
ここで、ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３は定数である。
【００１４】
すなわち、線エで示すインバータの入出力電力特性は、領域Ｂが最も効率がよく、領域Ｃ（電力増加方向）に行くに従って効率は低下する。また、入力電力の小さい方の領域Ａでも、ロス分によりインバータ効率が低下する。補正演算部１４は、各領域において直線的（一次式で）に補間している。
本発明では、インバータの制御回路に設けられた瞬時出力電力演算部１０が演算した瞬時出力電圧Ｐoutをチョッパ制御回路２０に出力し、そのリミッタ部２３（２３ａ，２３ｂ）のリミット値を可変することでチョッパ６を制御し、負荷状態に応じながら充放電の電力を加減し、電力アシストを行うことができる。
【００１５】
したがって、本発明によれば、電力アシスト装置において、インバータの交流電源側に電力検出装置を設けなくとも、推定された瞬時出力電力に基づいた電力アシスト制御が可能となり、装置の小型化が可能となる。また、並列運転の際には、負荷分担の調整が容易に可能となるものである。更に、電力アシスト装置としての効率特性を把握し、その最適な効率ポイントをリミッタの閾値とすることにより、充放電効率が最大限に利用可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】インバータの出力電圧と電流ベクトル図。
【図３】インバータの入出力電力特性図。
【図４】従来の電力アシスト装置の構成図。
【符号の説明】
【００１７】
１…  インバータ
２…  順変換部
３…  双方向変換部
６…  チョッパ
７…  蓄電デバイス
８…  リアクトル
１０…  瞬時出力電力演算部
１１，１２…  座標変換部
１３…  電力演算部
２０…  チョッパ制御回路
２２…  電圧制御部
２３…  リミッタ部
２４…  ＰＷＭ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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